Die Theorie ist fast 200 Jahre alt: Eis ist rutschig, weil es beim Auftreten, Skifahren, Schlittschuhlaufen durch die Kombination von Druck und Reibung schmilzt. Dabei entsteht eine dünne, flüssige Schicht, auf der man dann ausrutscht. Urheber dieser Theorie ist James Thomson, der Bruder von Lord Kelvin, dem Namensvater der SI-Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur. Ein Team von Wissenschaftlern um Professor Martin Müser an der Universität des Saarlandes hat nun herausgefunden, dass Thomsons Theorie falsch ist.

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„In Computersimulationen stellt sich heraus, dass weder Druck noch Reibung eine sonderlich wichtige Rolle spielen in der Bildung der dünnen, flüssigen Schicht auf dem Eis“, erklärt Müser in einer Mitteilung. Sie würde vielmehr rein mechanisch erzeugt, vor allem durch molekulare Dipole.

Moleküle, Summenformeln und Dipole: Was steckt dahinter?

Dem Laien stellen sich an dieser Stelle zwei Fragen: Was bedeutet „molekular“? Und was ist ein Dipol? „Molekular“ bedeutet zunächst einmal: „auf der Ebene der Moleküle“. Moleküle wiederum sind chemische Verbindungen aus zwei oder mehr Atomen. Über die Zusammensetzung eines Moleküls gibt die sogenannte Summenformel Aufschluss. Beispiel: Die Summenformel von Wasser ist H2O, denn ein Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O).

Einen Dipol wiederum, genauer gesagt, ein Dipolmolekül, kann man sich wie einen Magneten vorstellen: Es hat einen positiven und einen negativen Ladungsschwerpunkt. Wassermoleküle – um bei dem Beispiel zu bleiben – scheinen auf den ersten Blick elektrisch neutral zu sein, denn sie haben genauso viele positiv geladene Protonen wie negativ geladene Elektronen. Da aber das eine Sauerstoffatom in jedem Wassermolekül die Elektronen stärker anzieht als die zwei Wasserstoffatome, ist das Wassermolekül auf der „Sauerstoffseite“ negativer, auf der „Wasserstoffseite“ positiver. Es hat zwei (Di-)Pole.

Warum ist Eis eigentlich rutschig? Eine Reise in die Welt der Moleküle

Zurück zur Frage, warum Eis rutschig ist. Um sie zu beantworten, müssen wir verstehen, was überhaupt passiert, wenn Wasser gefriert. Flüssiges Wasser kann man sich zunächst vorstellen wie die Tanzfläche im Klub. Die Moleküle tanzen nebeneinander, fliegen hin und her, sausen aneinander vorbei, stoßen zusammen. Welche Moleküle nebeneinander tanzen, ändert sich dabei recht schnell.

Wenn nun das Wasser gefriert, bewegen sich die Moleküle immer langsamer und bekommen feste Tanzpartner beziehungsweise Tanzpartnerinnen. Nach und nach formen sie eine gitterartige Struktur, die man Kristallgitter nennt. Zwar stehen die Moleküle auch bei kleinen Temperaturen nicht still. Die Bewegung schwankt dann aber um eine feste Position. Das können wir nicht sehen, in unseren Augen wird das Wasser einfach fest, es gefriert.

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Was wirklich für glatte Flächen sorgt

Laufen wir nun auf einer gefrorenen Oberfläche, interagieren die Dipole in unseren Schuhsolen mit denen im Eis und bringen das Kristallgitter durcheinander. Die Oberfläche wird also flüssig. Auch das sehen wir nicht, fühlen es aber und sagen: Das Eis ist rutschig.

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Die Erkenntnisse von Martin Müser und seinem Team räumen auch mit dem Mythos auf, man könne unter -40° Celsius nicht mehr so gut Skifahren, weil sich keine flüssige Schicht zwischen Skiern und Eis mehr bildet. „Die Schicht bildet sich sehr wohl noch“, erklärt Müser. „Das Wasser ist dann aber sehr zähflüssig, bei besonders tiefen Temperaturen sogar noch zähflüssiger als Honig.“

Um auf gefrorenen Pfützen nicht mehr auszurutschen, genügt es übrigens nicht, Schuhe aus Materialien ohne Dipole zu tragen. Diese Schuhe würden Wasser abstoßen und wären sogar noch rutschiger. Müser zufolge bleiben daher bis auf Weiteres Spikes und andere profilierte Helfer die verlässlichste Methode, um auf dem Eis Haltung zu bewahren.